calcul de la portance

[TOPOLO]

En tres gros..

Dans un avion "ancien", la seule vitesse connu du pilote est l'IAS (indicated), donc il ne se sert que de celle là...

Dans un avion moderne avec centrale aéro et Nav, il a acces à CAS, TAS, GND et Mach...
Pour la Nav, il va utiliser la GND (Ground Speed)
Pour prévoir le comportement de son avion, il regarde le Mach, si il est en dessous de 0.7/0.8 (environ), alors le comportement de son avion est décrit par la CAS (Corrected Air Speed, une sorte d'IAS corrigée des erreurs de l'instrument lui même). et il connait ses courbes de perf en fonction de la CAS (qui sont assez constantes avec l'altitude)

Au dela de M0.8, il se réfère aux courbes de perf en fonction du Mach qui elles varient tres vite avec l'altitude...

[Tomcat]

ouais... ou alors il regarde son FMS

[SpruceGoose]

Est-ce que quelqu'un pourrait m'expliquer l'utilité de ces différentes vitesses pour le pilote ? en gros comment les exploite t-il en vol ?

Il existe plusieurs vitesses tout simplement parce qu’on ne sait pas faire autrement i.e on est totalement incapable d’élaborer une seule vitesse pour un corps se déplaçant dans une masse de gaz, ici l’air pour ce qui concerne un avion.

Pourquoi ?

Tout simplement parce qu’un gaz n’est pas incompressible, peut voir sa pression, sa température et par conséquent sa masse volumique varier ; et en proportion non négligeable.

On va prendre un petit exemple afin de faire une allusion.

Supposons que tu veuilles mesurer la vitesse d’une petite voiture que tu viens de créer.
Ce qui t’intéresse est la vitesse par rapport au sol terrestre sur lequel s’appuie ta voiturette ; tu pourrais, pourquoi pas, vouloir plutôt connaître la vitesse par rapport à la nébuleuse d’Orion… tu réfléchirais à un moyen différent et plus approprié…

Donc tu peux par exemple mettre un repère sur la roue et installer un capteur optique qui va compter chaque tour de roue par unité de temps.
Comme le développement de la roue est connu, tu obtiendrais donc une distance par unité de temps, donc une vitesse par rapport au sol.
Mais ton capteur optique utilisé peut avoir de l’imprécision, ton instrument de lecture peut avoir de l’imprécision… donc déjà la vitesse lue commence par s’écarter de la réalité.
Si le pneu patine parce que le sol est glissant (boue, neige…), ta vitesse lue à l’instrument s’écartera encore plus de la vitesse réelle de ta voiturette par rapport au sol (plus tu patineras, et moins l’indication lue sera fiable).

La vitesse élaborée par le capteur pourrait se nommer Vc (Vitesse Capteur) – Si tu apporte des corrections au capteur tu pourrais désigner la vitesse corrigée de ce capteur Vcc (Vitesse capteur corrigée) – Si tu apportes ensuite une correction de ton instrument de lecture tu pourrais désigner la vitesse précédente corrigée de l’erreur instrumentale Vcic (Vitesse capteur instrument corrigée) – et si tu es génial et que tu arrives à trouver un moyen afin de corriger en plus l’erreur due au patinage, et là tu aurais la vitesse réelle de ta voiturette par rapport au sol de la route ou au platane à côté, tu pourrais désigner cette vitesse, celle donc que tu recherches, Vvv (Vitesse vraie voiture) ou Vpv (Vitesse propre voiture).

Tu vois donc que tu as été obligé d’élaborer des vitesses différentes à cause de paramètres qui sont intervenus et qui t’ont empêché d’obtenir ce que tu voulais du premier coup.

Pour en revenir à l’avion, c’est la même chose.
Ce n’est plus le sol qui nous intéresse mais l’air car le profil d’aile ne remplie son office i.e porte l’avion que s’il se déplace dans l’air.
C’est tout simplement un problème aérodynamique.
Donc ce qui nous intéresse est de connaître la vitesse de déplacement du profil par rapport à une molécule d’air (on se fiche de sa vitesse par rapport à la nébuleuse d’Orion, du moins pour ce qui concerne le sens de ta question).
Et cette vitesse est appelée Vitesse Vraie (Vv) pour un aérodynamicien et Vitesse Propre (Vp ou TAS True Air Speed en anglais).
On est bien obligé de lui donner un nom parce que l’on est obligé d’en élaborer plusieurs par la force des choses (comme pour ta voiturette).

Etape 1

Pour le moment on n’a pas trouvé mieux que d’utiliser une prise de pression totale Pt et une prise de pression statique Ps afin d’élaborer la vitesse des molécules d’air par rapport au profil (ou l’inverse, au choix) et utiliser la formule de Bernouilli pour des vitesses d’écoulement de fluides incompressibles (l’air ne l’est pas) et en dessous du mach.
Avec Bernouilli, on voit que la vitesse d’écoulement du fluide est fonction de la différence (Pt – Ps).
Etant donné qu’un avion peut obtenir Pt et Ps par ses sondes, le tour est joué.
Il suffit mécaniquement de transformer ce (Pt – Ps) en indication de vitesse et non pas en Delta Pression. (On ne va pas rentrer dans un cours Instruments de Bord pour expliquer… ou si quelqu’un le veut bien à ma place…).
Cette vitesse brute obtenue et lue au Badin placée sur la planche de bord du pilote est appelée Vitesse Indiquée (Vi – ou IAS Indicated Air Speed). (Un peu la même que pour la vitesse détectée par ton capteur optique concernant la voiturette).
Cette IAS est la seule exploitable par le pilote, parce qu’il y a accès directement par simple lecture instrumentale.

Donc, le constructeur de l’avion va donner dans ses manuels de vol que des consignes de vitesse de pilotage en Vi ou IAS. Ca, c’est pour l’exploitation directe.
Après, pour les courbes de performances avion (ne concernant pas le pilotage), on peut mettre autre chose (exploitation indirecte).


Etape 2

Cette Vi ou IAS va être entachée d’une erreur (même faible) due à l’imprécision des sondes de pression Pt et Ps.
Le constructeur de ces matériels donne les corrections à apporter.
En appliquant ces corrections, Vi ou IAS se transforme en Vic (Vitesse indiquée corrigée) ou CIAS (Calibrated Indicated Air Speed).

Cette vitesse est transparente pour le pilote i.e elle ne l’intéresse pas.

Etape 3

Cette Vic ou CIAS va être entachée de l’erreur (même faible) de l’instrument Badin.
Le constructeur de ces matériels donne les corrections à apporter.
En appliquant cette correction, Vic ou CIAS se transforme en Vc (Vitesse Corrigée) ou CAS (Calibrated Air Speed).

Cette vitesse est transparente pour le pilote i.e elle ne l’intéresse pas.

Etape 4

Un peu plus ardu…
Jusqu’ici ne sont intervenues que des corrections relativement mineures.

Lorsque l’on avait parlé de Bernouilli, l’air était considéré comme incompressible.
Cela n’est valable que pour des vitesses faibles.
A partir d’un certain niveau, il faut appliquer les corrections données par des tableaux.
Vic ou CAS va se transformer en EV (Equivalent de vitesse ou Vitesse Equivalente) ou EAS (Equivalent Air Speed).

Lorsque le phénomène de compressibilité se fait ressentir, la vitesse lue au Badin est plus importante qu’elle ne devrait être.
Le coefficient de correction K est donc inférieur à 1.

Cette vitesse est transparente pour le pilote i.e elle ne l’intéresse pas.
Elle n’intéresse que les courbes de performances données par les constructeurs lorsqu’ils veulent s’affranchir du problème de l’altitude (variation de densité).

Etape 5

La plus ardue…

Bernouilli et son application entraîne l’élaboration d’une chaîne de mesure Pitot vers Badin sur la base d’une pression atmosphérique de 1013.25 Hpa, une température de 15°C et une masse volumique Ro de 1.225 kg/m3 – Atmosphère Standard au sol à altitude zéro.
On ne sait pas faire autrement.

Donc, si l’on considère que les corrections de Pitot, de Badin et de compressibilité sont nulles, le badin de l’avion évoluant à altitude zéro sera parfait i.e Vi ou IAS sera égale à Vp ou TAS.

Dès que les paramètres P, T ou Ro changent (montée en altitude), l’indication Vi ou IAS du badin est faussée.
Normal, le calibrage a été effectué sur la base de l’atmosphère standard au sol, et là on s’en écarte.

Pour l’air P, T et Ro étant liés par une relation (Loi gaz parfait -physicien Laplace), la montée en altitude et/ou le changement de conditions atmosphériques vont faire varier Ro ou encore la densité.

Lorsque l’avion monte en altitude, le badin va indiquer une valeur plus faible qu’il ne devrait.
Par rapport à une molécule d’air il se déplace plus vite qu’il ne l’indique (il indique par exemple 200 kts au pilote alors que l’avion se déplace à 300 kts par rapport à une molécule d’air).

Cela est dû au fait qu’il considère toujours que la densité est celle du sol, alors qu’elle a diminué.

Cette correction de densité va transformer la EV ou EAS en Vp (Vitesse propre) ou TAS (True Air Speed).

On est enfin arrivé au résultat que l’on veut.

Cette Vp ou TAS, élaborée par une centrale aérodynamique, permet, en appliquant les effets du vent d’obtenir une vitesse-sol Vs ou GS (Ground Speed) pour les calculs de navigation.
On prend ici un repère sol (terrestre) pour base de calcul de temps pour les estimées d’arrivée.

Ex global :
L’avion a une IAS de 250 kts – La TAS à 30000 ft est de 380 kts.
Le vent est de dos de 80 kts.
--> La GS est de 460 kts.
--> La distance entre 2 points est de 100 Nm.
--> Le temps estimé est de 13 minutes.

Ca, c'est la base.
Il y a d'autres moyens complémentaires (autonomes avion ou non) afin d'obtenir une Vs ou GS.


Rem : La connaissance du Mach est juste utile pour ne pas emplafonner le Mach limite MMO (limitation opérationnelle).
Le pilote a donc besoin d'un Machmètre – Déjà traité dans un post assez récent.


* * *

[shuriken]

Merci à tous les participants, j'aurai jamais pensé avoir autant de réactions sur ce post.

Une autre question me vient en tête suite au post de SpruceGoose.

Comment calcule-t-on la vitesse du vent avec précision sur l'avion? c'est donné par la MTO?

Merci.

[SpruceGoose]

On (les calculateurs de bord) compare juste le trajet "Sol" qui donne une "Route"(repères VOR - points-sol de centrale à inertie - Point-sol de GPS ... ou autres systèmes de navigation plus anciens) avec le trajet "Air" dont la référence est un cap-avion.

La différence d'angle est donc une dérive due au vent et la différence entre Vs et Vp est une vitesse-vent (composante).

Les cartes de vent en altitude sont juste des tracés (assez précis) basés sur des données fournies par ballons sondes et calculs sophistiqués basés sur la physique de l'atmosphère qui suivent.


[EDIT] : Bien sûr, dans un cas (équipement GPS, centrale inertie, HSI-DME) on élabore le vent en temps réel à partir des éléments Air et Sol.

Dans le cas où l'on a que des éléments Air, on utilise les cartes de vent afin d'élaborer GS.

* * *

[IronNeck]

Merci SpruceGoose pour tes explications

Si je comprends bien, imaginons qu'un aéronef décroche à 100 kts au niveau de la mer et que cette vitesse de décrochage passe à 170 kts en altitude (à cause de la diminution de la densité de l'air).

C'est la TAS qui va intéresser le pilote. Pour ne pas décrocher il devra la maintenir au dessus de 170 kts.

L'IAS ne lui sera utile qu'en basse altitude (ou elle sera pratiquement identique à la TAS)

Quand au Machmètre si je comprends toujours bien, il permettra simplement au pilote de se situer par rapport au domaine transsonique (en évitant d'y mettre les pieds si c'est un avion de ligne qui n'est pas conçu pour y rentrer par exemple)

J'ai bon ???

[SpruceGoose]

imaginons qu'un aéronef décroche à 100 kts au niveau de la mer et que cette vitesse de décrochage passe à 170 kts en altitude (à cause de la diminution de la densité de l'air).

C'est la TAS qui va intéresser le pilote. Pour ne pas décrocher il devra la maintenir au dessus de 170 kts.

L'IAS ne lui sera utile qu'en basse altitude (ou elle sera pratiquement identique à la TAS)

Au niveau de la mer tu peux considérer que IAS est égal à TAS (on négligera les erreurs d’antenne pitot, de badin et de compressibilité (pour 100 kts), ainsi que les petites variations autour de l’atmosphère standard).

Donc ton avion décroche à 100 kts IAS ou TAS à altitude zéro..

Si à l’altitude Z il décroche à 170 kts, c’est forcément en TAS, car en IAS ça ne change pas.

Conclusion : dans ce cas l’IAS du badin reste utile (ainsi que dans toutes les autres phases de vol).

Quand au Machmètre si je comprends toujours bien, il permettra simplement au pilote de se situer par rapport au domaine transsonique (en évitant d'y mettre les pieds si c'est un avion de ligne qui n'est pas conçu pour y rentrer par exemple)

Comme il existe pour un avion subsonique une limitation en mach (MMO), il faut bien un indicateur afin de le signaler au pilote.
S’il n’y avait pas cette limitation, on n’en aurait pas besoin (sauf pour un autre usage éventuel).

MMO n’est pas une limitation de vitesse en tant que telle comme une VMO. Elle concerne juste un phénomène dangereux dans un petit domaine de vol (le trans-sonique).

D’ailleurs Mach 1 ne signifie pas que l’on vole vite.
Si vous calculez la vitesse propre Vp d’un avion volant à mach 1 avec une température statique extérieure de l’air à -272°C ou 1° Kelvin (à 1 degré au dessus du zéro absolu), vous seriez surpris…

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[Cool&quiet]

je sais je sais je sais je sais !!!!

ca fait 72 Km/h à 1°K

[pOy-yOq]

je sais je sais je sais je sais !!!!

ca fait 72 Km/h à 1°K

C'est vrai que c'est une température tout à fait commune sous nos latitudes!

[SpruceGoose]

C'est vrai que c'est une température tout à fait commune sous nos latitudes!

... tu verras dans quelques années...

* * *

[SpruceGoose]

je sais je sais je sais je sais !!!!

ca fait 72 Km/h à 1°K

Oui, mais toi, tu es fort...

* * *

[pOy-yOq]

... tu verras dans quelques années...

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Je croyais que c'était le réchauffement climatique en ce moment? On m'aurait menti??

[SpruceGoose]

Je croyais que c'était le réchauffement climatique en ce moment? On m'aurait menti??

Je prenais comme référence ma note de facture de chauffage pour cet hiver.

* * *

[Azrayen]

temps d'investir dans des charentaises, peut-être ?


(merci pour les explications, néanmoins )

[SpruceGoose]

temps d'investir dans des charentaises, peut-être ?

Oui ! C'est de celles-ci dont tu parles !

* * *

[ANTAGORN]

Une discussion technique qui donne envie de lire jusqu'au bout, c'est rare.
Souvent ça tourne au duel entre les spécialistes du sujet abordé.

Alors merci à SPRUCEGOOSE et à tous ceux qui on pris le temps de répondre, et surtout de répondre de façon claire.
Chapeau pour la clarté des explications.
Le sujet est interessant et encore une fois beaucoup d'entre nous on appris pas mal de choses en vous lisant.

[IronNeck]

Je rejoins tout à fait Antagorn

Encore merci pour toutes ces explications et en particulier à SpruceGoose

[SpruceGoose]

En gros, la TAS inclue déjà le vent, s'il y en a.


J'ai bon ???

Excuse-moi JulietBravo, mais je viens de m’apercevoir que j’avais répondu à côté de ta question.

Le vent tel qu’on le conçoit en MTO n’est pas un sujet relatif aux questions liées à l’aérodynamique ou la mécanique du vol.

En MTO, le vent est défini comme le déplacement d’une masse d’air, tout comme un courant marin l’est pour une masse d’eau dans l’océan, par rapport à un repère terrestre.

En aviation, l’avion se déplace dans une masse d’air. Le profil d’aile se déplace dans les molécules d’air et cela crée de la portance.
Et cette portance est proportionnelle au carré de cette vitesse de déplacement (appelée Vp ou TAS).
Soit Vp = 100 kts

En marine, un navire se déplace dans une masse d’eau.

La masse d’air peut se déplacer par rapport au sol, ce que l’on appelle le vent.
Un observateur au sol dira : Il y a 10 kts de vent de telle direction !

Un pilote volant à Vp =100 kts (TAS) dans cette masse d’air dira :
"Ma vitesse dans l’air est de 100 kts, et comme la masse d’air dans laquelle je vole se déplace à 10 kts en provenance du clocher qui se trouve face à mon cap actuel, ma vitesse par rapport à ce clocher (vitesse sol) est de 90 kts (vent plein face)".

Tu vois donc qu’il ne faut pas mélanger les 2.

Le pilote parle de vent parce qu’il prend une référence terrestre.
Si les nuages se déplacent avec le vent et que le pilote ne prend que ces nuages comme référence, alors pour lui le vent sera toujours nul, la notion de vent n’aura aucun sens.

Si le navire précédent avance à 10 kts dans un courant marin (masse d’eau) se déplaçant de la poupe vers la proue à 12 kts par rapport à un phare visible, le marin dira :
"Mon navire avance à 10 kts mais j’avance à 22 kts par rapport au phare que je vois à ma droite."
Si ce marin ne voit aucun élément terrestre (phare) mais prend uniquement comme référence une bouée libre posée dans l’eau alors pour lui la notion de courant n’aura aucun sens.

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[Arekushi]

Marrant, j'ai eu mon premier cours d'Instruments vendredi et ça m'a permis, pour une fois, de comprendre ce qui se dit ! Très intéressant !:yes:

Yahaaa je sens l'univers de l'aérodynamique des ptites aiguilles qui tournent s'ouvrir à moi !

Arulol

[SpruceGoose]

Marrant, j'ai eu mon premier cours d'Instruments vendredi et ça m'a permis, pour une fois, de comprendre ce qui se dit ! Très intéressant !

Yahaaa je sens l'univers de l'aérodynamique des ptites aiguilles qui tournent s'ouvrir à moi !

Bien compris un jour, bien compris pour la vie !

Important car dans les sélections, en particulier dans les compagnies anglo-saxonnes, en général les questions techniques en interview sont toujours très pointues.

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